Die Quantisierung: Unterschied zwischen den Versionen
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<noinclude>{{Scripthinweis|Quantenmechanik|2|4}}</noinclude> | <noinclude>{{Scripthinweis|Quantenmechanik|2|4}}</noinclude> | ||
Physikalische Observablen - | Physikalische Observablen -à hermitesche Operatoren im Hilbertraum | ||
z.B. Ort: <math>x\to \hat{x}</math> | z.B. Ort: <math>x\to \hat{x}</math> | ||
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Geschwindigkeit: <math>\dot{x}\to \dot{\hat{x}}:=\frac{{{{\hat{p}}}_{kin}}}{m}=\frac{\hat{p}-e\bar{A}}{m}</math> | Geschwindigkeit: <math>\dot{x}\to \dot{\hat{x}}:=\frac{{{{\hat{p}}}_{kin}}}{m}=\frac{\hat{p}-e\bar{A}}{m}</math> | ||
hat nichts mehr mit der Zeitableitung von x zu tun | hat nichts mehr mit der Zeitableitung von x zu tun ! | ||
Dabei existieren in der Quantenmechanik auch nichtklassische Observablen: | Dabei existieren in der Quantenmechanik auch nichtklassische Observablen: | ||
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Die Eigenwerte des Paritätsoperator sind <math>\pm 1</math> | Die Eigenwerte des Paritätsoperator sind <math>\pm 1</math> | ||
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Es gilt: <math>\begin{align} | |||
& {{{\hat{P}}}^{2}}=1 \\ | & {{{\hat{P}}}^{2}}=1 \\ | ||
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Der Projektionsoperator lautet: | Der Projektionsoperator lautet: | ||
<math>{{\hat{P}}_{\Psi }}:=\left| \Psi \right\rangle \left\langle \Psi \right|</math> | :<math>{{\hat{P}}_{\Psi }}:=\left| \Psi \right\rangle \left\langle \Psi \right|</math> | ||
Die grundsätzliche Definition eines Projektionsoperators ist lediglich <math>{{\hat{P}}_{\Psi }}\cdot {{\hat{P}}_{\Psi }}={{\hat{P}}_{\Psi }}</math> | Die grundsätzliche Definition eines Projektionsoperators ist lediglich <math>{{\hat{P}}_{\Psi }}\cdot {{\hat{P}}_{\Psi }}={{\hat{P}}_{\Psi }}</math> | ||
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Die Wirkung: | Die Wirkung: | ||
<math>{{\hat{P}}_{\Psi }}\left| \Psi \right\rangle =\left| \Psi \right\rangle \left\langle \Psi | \Psi \right\rangle =\left| \Psi \right\rangle 1=\left| \Psi \right\rangle </math> | :<math>{{\hat{P}}_{\Psi }}\left| \Psi \right\rangle =\left| \Psi \right\rangle \left\langle \Psi | \Psi \right\rangle =\left| \Psi \right\rangle 1=\left| \Psi \right\rangle </math> | ||
Eigenwert +1 | Eigenwert +1 | ||
<math>{{\hat{P}}_{\Psi }}\left| \Phi \right\rangle =\left| \Psi \right\rangle \left\langle \Psi | \Phi \right\rangle =0</math> | :<math>{{\hat{P}}_{\Psi }}\left| \Phi \right\rangle =\left| \Psi \right\rangle \left\langle \Psi | \Phi \right\rangle =0</math> | ||
Eigenwert 0, falls <math>\left| \Phi \right\rangle \bot \left| \Psi \right\rangle </math> | Eigenwert 0, falls <math>\left| \Phi \right\rangle \bot \left| \Psi \right\rangle </math> | ||
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teilweise im Zustand <math>\left| \Psi \right\rangle </math> | teilweise im Zustand <math>\left| \Psi \right\rangle </math> | ||
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so gilt: | |||
:<math>{{\hat{P}}_{\Psi }}\left| \Phi \right\rangle =\left| \Psi \right\rangle \left\langle \Psi | \Phi \right\rangle =c\left| \Psi \right\rangle </math> | |||
<math>{{\hat{P}}_{\Psi }}\left| \Phi \right\rangle =\left| \Psi \right\rangle \left\langle \Psi | \Phi \right\rangle =c\left| \Psi \right\rangle </math> | |||
Dabei ist c eine Wahrscheinlichkeitsamplitude für das Antreffen des Zustands <math>\left| \Psi \right\rangle </math> | Dabei ist c eine Wahrscheinlichkeitsamplitude für das Antreffen des Zustands <math>\left| \Psi \right\rangle </math> | ||
in <math>\left| \Phi \right\rangle </math> | in <math>\left| \Phi \right\rangle </math> | ||
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also die Wurzel des Anteils von <math>\left| \Phi \right\rangle </math> | |||
in <math>\left| \Psi \right\rangle </math> | in <math>\left| \Psi \right\rangle </math> | ||
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Das Operatorkalkül ermöglicht die Beschreibung mit nicht vertauschbaren Observablen: | Das Operatorkalkül ermöglicht die Beschreibung mit nicht vertauschbaren Observablen: | ||
<math>\left[ \hat{F},\hat{G} \right]=0\Leftrightarrow </math> | :<math>\left[ \hat{F},\hat{G} \right]=0\Leftrightarrow </math> | ||
<math>\hat{F}</math> | :<math>\hat{F}</math> | ||
und <math>\hat{G}</math> | und <math>\hat{G}</math> | ||
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besitzen ein gemeinsames System von Eigenzuständen | besitzen ein gemeinsames System von Eigenzuständen | ||
<math>\left[ \hat{F},\hat{G} \right]=0\Leftrightarrow </math> | :<math>\left[ \hat{F},\hat{G} \right]=0\Leftrightarrow </math> | ||
Observablen F und G sind gleichzeitig scharf meßbar | Observablen F und G sind gleichzeitig scharf meßbar | ||
<math>\left[ \hat{F},\hat{G} \right]\ne 0\Leftrightarrow </math> | :<math>\left[ \hat{F},\hat{G} \right]\ne 0\Leftrightarrow </math> | ||
Observablen F und G sind NICHT gleichzeitig scharf meßbar. | Observablen F und G sind NICHT gleichzeitig scharf meßbar. | ||
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Es gelten die kanonischen Vertauschungsrelationen: | Es gelten die kanonischen Vertauschungsrelationen: | ||
<math>\begin{align} | :<math>\begin{align} | ||
& \left[ {{{\hat{p}}}_{i}},{{{\hat{x}}}_{k}} \right]=\frac{\hbar }{i}{{\delta }_{ik}}1 \\ | & \left[ {{{\hat{p}}}_{i}},{{{\hat{x}}}_{k}} \right]=\frac{\hbar }{i}{{\delta }_{ik}}1 \\ | ||
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'''Übungsweise kann man zeigen:''' | '''Übungsweise kann man zeigen:''' | ||
<math>\begin{align} | :<math>\begin{align} | ||
& \left[ \hat{p},T \right]=? \\ | & \left[ \hat{p},T \right]=? \\ | ||
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Berechnung in der Ortsdarstellung: | Berechnung in der Ortsdarstellung: | ||
<math>\left[ {{{\hat{p}}}_{i}},{{{\hat{x}}}_{k}} \right]\Psi (\bar{r})=\frac{\hbar }{i}{{\partial }_{i}}({{x}_{k}}\Psi )-{{x}_{k}}\frac{\hbar }{i}{{\partial }_{i}}\Psi =\frac{\hbar }{i}{{\delta }_{ik}}\Psi </math> | :<math>\left[ {{{\hat{p}}}_{i}},{{{\hat{x}}}_{k}} \right]\Psi (\bar{r})=\frac{\hbar }{i}{{\partial }_{i}}({{x}_{k}}\Psi )-{{x}_{k}}\frac{\hbar }{i}{{\partial }_{i}}\Psi =\frac{\hbar }{i}{{\delta }_{ik}}\Psi </math> | ||
Nebenbemerkung: Hieraus können alle weiteren Kommutatoren berechnet werden. | Nebenbemerkung: Hieraus können alle weiteren Kommutatoren berechnet werden. | ||
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====Der Meßprozeß:==== | ====Der Meßprozeß:==== | ||
<math>\left| \Phi \right\rangle -1.MessungvonF\to \left| \Phi \acute{\ } \right\rangle -2.MessungvonF\to \left| \Phi \acute{\ }\acute{\ } \right\rangle </math> | :<math>\left| \Phi \right\rangle -1.MessungvonF\to \left| \Phi \acute{\ } \right\rangle -2.MessungvonF\to \left| \Phi \acute{\ }\acute{\ } \right\rangle </math> | ||
Dabei ändert sich der Zustand durch die Wechselwirkung mit dem Messapparat. | Dabei ändert sich der Zustand durch die Wechselwirkung mit dem Messapparat. | ||
Zeile 133: | Zeile 133: | ||
und F´´in <math>\left| \Phi \acute{\ }\acute{\ } \right\rangle </math> | und F´´in <math>\left| \Phi \acute{\ }\acute{\ } \right\rangle </math> | ||
. | |||
Forderung: F´ = F ´´ | Forderung: F´ = F ´´ | ||
→<math>F\acute{\ }=F\acute{\ }\acute{\ }={{F}_{n}}</math> | |||
(Eigenwert) | (Eigenwert) | ||
<math>\left| \Phi \acute{\ } \right\rangle </math> | :<math>\left| \Phi \acute{\ } \right\rangle </math> | ||
=<math>\left| \Phi \acute{\ }\acute{\ } \right\rangle </math> | =<math>\left| \Phi \acute{\ }\acute{\ } \right\rangle </math> | ||
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: | : | ||
<math>\begin{align} | :<math>\begin{align} | ||
& \left\langle \Psi \right|\hat{F}\left| \Psi \right\rangle =\sum\limits_{n,n\acute{\ }}^{{}}{\left\langle \Psi | n \right\rangle \left\langle n \right|\hat{F}\left| n\acute{\ } \right\rangle \left\langle n\acute{\ } | \Psi \right\rangle } \\ | & \left\langle \Psi \right|\hat{F}\left| \Psi \right\rangle =\sum\limits_{n,n\acute{\ }}^{{}}{\left\langle \Psi | n \right\rangle \left\langle n \right|\hat{F}\left| n\acute{\ } \right\rangle \left\langle n\acute{\ } | \Psi \right\rangle } \\ | ||
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Mit der Wahrscheinlichkeit, im Zustand <math>\left| \Psi \right\rangle </math> | Mit der Wahrscheinlichkeit, im Zustand <math>\left| \Psi \right\rangle </math> | ||
( vor der Messung) den Messwert Fn zu messen: | (vor der Messung) den Messwert Fn zu messen: | ||
<math>p({{F}_{n}})={{\left| \left\langle n | \Psi \right\rangle \right|}^{2}}</math> | :<math>p({{F}_{n}})={{\left| \left\langle n | \Psi \right\rangle \right|}^{2}}</math> | ||
Vergleiche dazu: Aufenthaltswahrscheinlichkeit in Ortsdarstellung: | Vergleiche dazu: Aufenthaltswahrscheinlichkeit in Ortsdarstellung: | ||
<math>p(\bar{r})={{\left| \Psi (\bar{r}) \right|}^{2}}={{\left| \left\langle {\bar{r}} | \Psi \right\rangle \right|}^{2}}</math> | :<math>p(\bar{r})={{\left| \Psi (\bar{r}) \right|}^{2}}={{\left| \left\langle {\bar{r}} | \Psi \right\rangle \right|}^{2}}</math> | ||
Wie wir bereits kennengelernt haben, läßt sich mit dem Projektionsoperator schreiben: | Wie wir bereits kennengelernt haben, läßt sich mit dem Projektionsoperator schreiben: | ||
<math>{{\left| \left\langle n | \Psi \right\rangle \right|}^{2}}=\left\langle \Psi | n \right\rangle \left\langle n | \Psi \right\rangle =\left\langle \Psi \right|{{\hat{P}}_{n}}\left| \Psi \right\rangle =\left\langle {{{\hat{P}}}_{n}} | :<math>{{\left| \left\langle n | \Psi \right\rangle \right|}^{2}}=\left\langle \Psi | n \right\rangle \left\langle n | \Psi \right\rangle =\left\langle \Psi \right|{{\hat{P}}_{n}}\left| \Psi \right\rangle =\left\langle {{{\hat{P}}}_{n}} \right\rangle </math> | ||
Wow! Great thinknig! JK |
Aktuelle Version vom 1. Juli 2011, 13:13 Uhr
Der Artikel Die Quantisierung basiert auf der Vorlesungsmitschrift von Franz- Josef Schmitt des 2.Kapitels (Abschnitt 4) der Quantenmechanikvorlesung von Prof. Dr. E. Schöll, PhD. |
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Physikalische Observablen -à hermitesche Operatoren im Hilbertraum
hat nichts mehr mit der Zeitableitung von x zu tun !
Dabei existieren in der Quantenmechanik auch nichtklassische Observablen:
als der Spiegeloperator.
Der Spiegeloperator ist in der Ortsdarstellung definiert durch
mit dem Pluszeichen für symmetrische und dem Minus für antisymmetrische Zustände.
Die Eigenwerte des Paritätsoperator sind .
Es gilt:
2. Der Projektionsoperator. Er löst die Frage: Ist das System im Zustand
?
Der Projektionsoperator lautet:
Die grundsätzliche Definition eines Projektionsoperators ist lediglich
Die Wirkung:
Eigenwert +1
so gilt:
Dabei ist c eine Wahrscheinlichkeitsamplitude für das Antreffen des Zustands
also die Wurzel des Anteils von
Vertauschungsrelationen
Das Operatorkalkül ermöglicht die Beschreibung mit nicht vertauschbaren Observablen:
besitzen ein gemeinsames System von Eigenzuständen
Observablen F und G sind gleichzeitig scharf meßbar
Observablen F und G sind NICHT gleichzeitig scharf meßbar.
Quantisierung = Aufstellung von Vertauschungsrelationen
Es gelten die kanonischen Vertauschungsrelationen:
i=1,2,3 kartesische Koordinaten
Übungsweise kann man zeigen:
Berechnung in der Ortsdarstellung:
Nebenbemerkung: Hieraus können alle weiteren Kommutatoren berechnet werden.
Der Meßprozeß:
Dabei ändert sich der Zustand durch die Wechselwirkung mit dem Messapparat.
Forderung: F´ = F ´´
(Eigenwert)
Der beliebige Zustand wird durch die Messung auf einen Eigenzustand projiziert.
Man spricht von einer Reduktion des Zustandsvektors durch die Messung.
Beispiel: Stern- Gerlach - Apparatur:
Von links kommt ein Ensemble von Teilchen mit dem magnetischen Moment mz.
den Eigenzustand zu mz = -1
Erwartungswert = Mittelwert über viele Messungen mit identisch präparierten Ausgangszuständen
Mit der Wahrscheinlichkeit, im Zustand (vor der Messung) den Messwert Fn zu messen:
Vergleiche dazu: Aufenthaltswahrscheinlichkeit in Ortsdarstellung:
Wie wir bereits kennengelernt haben, läßt sich mit dem Projektionsoperator schreiben:
Wow! Great thinknig! JK